KR20010047093A - 박막 트랜지스터 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은 박막 트랜지스터 액정표시장치에 관한 것으로, 게이트 구동부, 데이터 구동부, 및 박막 트랜지스터, 액정 용량, 축적 용량, 기생 용량을 가지는 액정 패널을 포함하여 이루어지고, 화소 전압 변화에 따른 상기 액정, 축적 및 기생 용량의 변화량과 화소의 좌, 우에 위치한 데이터 선에 인가되는 데이터 전압의 변화량 최대값의 곱이 15mV보다 작도록 한다.

이 발명의 실시예에 따르면, 이 발명은 액정 용량, 기생 용량 및 축적 용량 값을 크로스톡이 발생하지 않도록 설계함에 따라, 화소 좌, 우의 데이터 라인에 인가하는 데이터 전압의 차가 최대이어도 크로스톡이 발생하지 않도록 한다.

Description

박막 트랜지스터 액정 표시 장치{THIN FILM TRANSISTOR FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 박막 트랜지스터 액정표시장치(Thin Film Transistor Liquid crystal display; 이하 'TFT LCD'라 함)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 크로스 톡(crosstalk)를 방지하기 위한 박막 트랜지스터 액정표시장치에 관한 것이다.

현재 일반적으로 쓰이는 TFT LCD는 상판의 공통 전극에 인가된 공통 전압을 기준으로 액정이 반응할 수 있는 일정 범위의 전압을 데이터 선에 인가하는 방식으로 구동된다. 그리고, 액정이 한쪽 방향으로만 계속해서 반응함에 따라 열화되는 것을 방지하기 위해 공통 전압을 기준으로 양, 음이 반복되는 데이터 전압을 데이터 선에 인가하는 반전 구동 방식을 사용한다. 이 반전 구동 방식은 라인(LINE) 반전구동법과, 컬럼(COLUMN) 반전구동법과, 그리고 도트(DOT) 반전구동법 등이 알려져 있다.

현재, TFT LCD는 고정세, 고해상도로 발전하고 있으며, 그에 따라 라인 반전구동과 도트 반전구동에서는 1H(1 수평 주기)의 시간이 줄어들어 데이터 선에서의 RC 지연이 문제되고 있다. 즉, 라인 반전구동과 도트 반전구동에서는 1H 단위로 진폭이 큰 구형파 신호를 데이터 라인에 인가하는데, 이 구형파 신호는 데이터선의 RC 지연에 의해 왜곡이 발생하고, 그에 따라 데이터 선의 상하간의 충전율 차이가 발생하므로서 액정투과율 차로 인한 대조비(contrast ratio) 저하와 상하간 플리커링(flickering) 차가 심화되는 문제점이 있다.

이에, 상기의 문제점을 해결하기 위해 종래에는 데이터 전압의 스윙이 거의 없는 컬럼 구동법을 고해상도 TFT LCD 모듈 반전 구동법으로 채택되고 있다. 그러나, 기존 TFT LCD 설계에서는 컬럼 반전 구동법 적용시 수직 크로스톡이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 이 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치 반전 구동시 발생하는 수직 크로스톡 현상을 방지하기 위한 것이다.

도1은 이 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정표시장치의 블록 구성도이다.

도2는 이 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정표시장치의 단위 화소에 대한 등가회로를 나타내는 도면이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 이 발명의 특징에 따른 박막 트랜지스터 액정표시장치는,

다수의 게이트 선, 상기 게이트 선에 수직 교차된 다수의 데이터 선, 및 상기 게이트선과 데이터 선에 연결된 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 공통 전극 사이에 형성된 액정 용량, 상기 박막 트랜지스터와 데이터 선 사이에 형성된 기생 용량 및, 상기 박막 트랜지스터와 상기 게이트 선 사이에 형성된 축적 용량으로 이루어진 화소를 포함하는 액정 패널; 상기 게이트 선에 상기 박막 트랜지스터를 온/오프시키기 위한 게이트 신호를 인가하는 게이트 드라이버; 및 상기 데이터 선에 화상 신호를 나타내는 데이터 전압을 인가하는 데이터 드라이버를 포함하여 이루어지며, 다음의 조건식1을 만족하는 것을 특징으로 한다.

(조건식 1)

15mV > K × MAX(D)

여기서, K는 화소 전압 변화에 따른 상기 액정, 축적 및 기생 용량의 변화량이고, MAX(D)는 화소의 좌, 우에 위치한 데이터 선에 인가되는 데이터 전압의 변화량 최대값이다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 이 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치를 상세히 설명한다.

도1은 이 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정표시장치의 블록 구성도이다. 도1에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정표시장치는 게이트 구동부(100), 데이터 구동부(200)와, 다수의 게이트 라인(G1, G2, ..., Gm)과 다수의 데이터 라인(D1, D2,..., Dn)이 수직 교차되고, 교차된 부근에 TFT(T1)와 연결된 화소를 가지는 TFT LCD 패널(300)을 포함하여 이루어져 있다.

여기서, 게이트 구동부(100)는 첫 번째 게이트 선(G1)부터 마지막 게이트 선(Gm) 순서로 순차적인 게이트 온 신호를 공급하고, 이와 동시에 데이터 구동부(200)는 데이터 선(D1, D2, ..., Dn)에 화상 신호를 나타내는 계조 전압을 인가한다. 그러면, 게이트 온 신호에 의해 박막 트랜지스터(12)가 턴 온 되고, 데이터 선에 공급된 계조 전압은 턴 온된 박막 트랜지스터를 통해 화소 전극에 인가된다. 그러면, 화소 전극에 인가된 전압(이를 화소 전압이라 한다.)과 공통 전극에 인가된 공통 전압과의 차이에 의해 생기는 전계가 액정 물질에 인가된다. 이때, 액정 물질은 인가되는 전계의 세기(이 전계의 세기는 계조 전압의 크기에 따라 변동함)에 따라 비틀림의 정도가 달라지게 되므로 결국 액정 물질을 투과하는 빛의 양이 달라지게 된다. 따라서, 원하는 화상이 TFT LCD 패널의 화면에 표시된다.

한편, 액정 물질에 계속해서 같은 방향의 전계가 인가되면 액정 물질이 열화되는 문제점을 해결하기 위해, 데이터 구동부(200)는 수직 방향을 기준으로 이웃하는 화소의 극성이 반전 관계가 되도록 하는 계조 전압을 인가한다. 즉, 데이터 구동부(200)는 첫 번째 데이터 선(D1)을 포함한 홀수번째 데이터 선에 연결된 화소들의 극성을 양으로 하면, 두 번째 데이터 선(D2)을 포함한 짝수번째 데이터 선에 연결된 화소의 극성을 음이 되도록 하는 계조 전압을 인가한다. 그런 다음, 다음 프레임에서는 극성을 반전시켜 인가한다.

따라서, 상기와 같은 동작에 의해 컬럼 반전 구동이 달성된다.

한편, 상기와 같은 컬럼 반전 구동시에 화소에 충전되는 전하량을 도2를 참조로 설명한다. 도2는 이 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정표시장치의 단위 화소에 대한 등가회로를 나타내는 도면이다. 도2에 도시되어 있듯이, TFT LCD 패널(300)에는 데이터 드라이버(200)로부터의 데이터 전압을 전달하는 데이터선(D1, D2)과 게이트 드라이버(100)로부터의 게이트 전압을 전달하는 게이트선(G1)이 서로 교차되어 형성된다.

TFT(10)의 게이트 전극(g)은 게이트 선(G1)에 연결되고, 소스 전극(s)은 데이터 선(D1)에 연결되며, 드레인 전극(d)은 화소 전극(P)에 연결된다. 그리고, 화소 전극(P)과 공통 전극(Vcom)사이에는 액정 물질이 형성되는데 이를 등가적으로 액정용량(Clc)으로 나타내었다. 그리고, 화소 전극(P)과 전단 게이트 선(Voff)사이에는 축적 용량(Cst)이 형성되며, 데이터 전극(D1, D2)과 드레인 전극(d) 사이에는 오정렬(misalignment)등에 기인한 기생 용량(Cd)이 생긴다. 액정 용량(Ccl)과 축적 용량(Cst)은 TFT-LCD가 구동해야 하는 부하로서 작용한다.

이하, 도2를 참조로 TFT-LCD의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 게이트 구동부(100)는 표시하고자 하는 게이트선(G1)에 연결된 게이트 전극에 게이트 온 전압을 인가하여 TFT(T1)를 도통시키면, 데이터 구동부(200)는 화상 신호를 나타내는 데이터 전압을 소스 전극(s)에 인가하여 이 데이터 전압을 드레인 전극(d)에 인가하도록 한다. 그러면, 상기 데이터 전압은 화소 전극(P)을 통해 각각 액정 용량(Clc)과 축적 용량(Cst)에 인가되고, 화소 전극(P)과 공통 전극(Vcom)의 전위차에 의해 전계가 형성된다. 이 전계에 의해 액정은 소정의 방향으로 비틀림되어 광을 투과시키므로써 나타내고자하는 계조(gray)를 달성한다.

여기서, 상기와 같이 게이트 선(G2)에 게이트 온 전압을 인가하였을 때에 화소에 충전되는 전하량을 구해보면 다음과 같다.

우선, 게이트 선(G2)을 구동시킨 시간을 T라고 하고, T 시간에서 데이터 선(D1)에 인가하는 전압을 V1, 데이터 선(D2)에 인가하는 전압을 V2, 화소 전극(P)의 전압 즉, 화소 전압을 Vp라고 하면, 픽셀 노드(pixel node) 기준으로 한 전하량은 다음의 수학식1과 같다.

여기서, Q(T)는 T시간에서의 총 전하량, Vcom은 공통 전극의 전압, Voff는 전단 게이트의 전압이다.

한편, 상기와 같이 충전된 상태에서, T'시간에서 화소에 충전되는 전하량은 다음의 수학식2와 같다. 이때, T'시간에서 데이터 선(D1)의 전압이 V1→V1', 데이터 선(D2)의 전압이 V2→V2', 화소 전압이 Vp→Vp'로 변하였다고 한다.

Q'(T')=Clc(Vp'-Vcom)+ Cst(Vst-Voff)+ Cd(Vp'-V1')+ Cd(Vp'-V2')

여기서, 누설 전류가 없다고 가정할 경우 전하량 보전의 법칙에 의해 Q(T) = Q'(T')가 된다. 따라서, 이 관계를 수학식1와 수학식2에 적용하면 다음의 수학식3과 같다.

Vp-Vp'= Cd / (Clc+Cst+2Cd){(V1-V1')+(V2-V2')}

수학식3에서, Vp-Vp'는 화소 전극 전압의 변화량이므로 △V라고 하고, 커패시터 성분에 관한 부분을 K라고 하며, 전압 성분에 관한 부분을 D라고 하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

K= Cd/(Clc + 2Cd + Cst), D = (V1 - V1') + (V2 - V2')

이상과 같이 유도한 수학식3을 통해 보면, 데이터 선을 통해 인가되는 데이터 전압의 변화량 즉, D 값의 변화량이 그대로 화소 전위에 영향을 줌을 알 수 있다.

이에 따라, 컬럼 반전 구동시 데이터 전압이 변화하는 패턴(pattern)에서 수직 크로스톡이 발생하게 되는데, 이 수직 크로스톡은 데이터 선(D1)에 인가되는 화소 전압이 음의 중간 계조 전압에서 음의 블랙 계조 전압으로 변하고, 데이터 선(D2)에 인가되는 화소 전압이 양의 블랙 계조 전압에서 양의 화이트 계조 전압으로 변할 때 즉, D값이 최대가 될 때 최대가 된다. 따라서, D의 최대값을 MAX(D)라 하면, MAX(D) = 1.5 × Vs(액정 최대 구동전압)라 할 수 있다.

여기서, 이 발명은 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다. 즉, 이 발명의 MAX(D)는 15mV/K보다 작도록 설계된다. 즉, 1.5Vs > 15mV/K가 되도록 한다. 이를 수학적으로 풀면, (Clc+2Cd+Cst)/Cd < 100Vs, 이를 액정 용량(Clc)와 축정 용량(Cst)에 관해 풀면, Clc+ Cst < Cd ×100Vs이다.

따라서, 이 발명은 Clc+ Cst의 용량이 데이터 라인과 픽셀 노드(화소 전극) 사이의 기생 용량(Cd)의 100Vs 배이상 되도록 설계된다.

여기서, 크로스톡은 △V의 값이 15mV이상일 때 즉, 계조 전압의 차이가 1/2일 때 나타나기 시작하므로, 액정표시장치가 조건식을 만족하지 않으면 수직 크로스톡이 발생하게 된다.

이 발명은 액정 용량, 기생 용량 및 축적 용량 값을 크로스톡이 발생하지 않도록 설계함에 따라, 화소 좌, 우의 데이터 라인에 인가하는 데이터 전압의 차가 최대이어도 크로스톡이 발생하지 않도록 한다.

Claims (2)

1. 다수의 게이트 선, 상기 게이트 선에 수직 교차된 다수의 데이터 선, 및 상기 게이트선과 데이터 선에 연결된 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 공통 전극 사이에 형성된 액정 용량, 상기 박막 트랜지스터와 데이터 선 사이에 형성된 기생 용량 및, 상기 박막 트랜지스터와 상기 게이트 선 사이에 형성된 축적 용량으로 이루어진 화소를 포함하는 액정 패널;

   상기 게이트 선에 상기 박막 트랜지스터를 온/오프시키기 위한 게이트 신호를 인가하는 게이트 드라이버; 및

   상기 데이터 선에 화상 신호를 나타내는 데이터 전압을 인가하는 데이터 드라이버를 포함하여 이루어지며,

   다음의 조건식1을 만족하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시장치

   (조건식 1)

   15mV > K × MAX(D)

   여기서, K: 화소 전압 변화에 따른 상기 액정, 축적 및 기생 용량의 변화량, MAX(D): 화소의 좌, 우에 위치한 데이터 선에 인가되는 데이터 전압의 변화량 최대값.
2. 제1항에서,

   상기 축적 용량과 액정 용량의 합은 기생 용량의 과포화전압의 곱의 100배 이상인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시장치.